Home-automation protokoli

Dizajneri sabirnica i protokola za automizaciju kućanstava svakodnevno se sučeljavaju s novim izazovima. Ovakvi sustavi često obavljaju zadatke velike složenosti poput onih u industriji, ali moraju imati znatno manju cijenu. Neki izazovi u ovom području su jedinstveni – nitko ne želi da mu instalateri “demoliraju” cijelu kuću prilikom postavljanja novih instalacija. Upotreba postojećih elektroenergetskih instalacija nameće se kao razumna alternativa, ali unosi dodatne probleme. Istovremeno, bežična rješenja unose svoje posebnosti i nove probleme u implementaciji. Trenutno su prisutna 3 relativno nova standarda čiji cilj je preuzeti tržište od još uvijek dominantnog X-10 protokola koji je uveden pred gotovo 2 desetljeća.

Smart House

Smart House sastoji se od 5 podsustava: kontrola/komunikacije, telekomunikacije, električna energija, koaksijalne mreže i opcionalno plin. Koaksijalna mreža predstavlja širokopojasni RF distribucijski sustav za prijenos audio, video i high-speed podataka. Srce sustava čini kontrolno komunikacijski podsustavkoji prenosi signale brzine do 50kbps. Sastoji se od mikrokontrolera, 12V DC napajanja, ožičenja, senzora i sklopki. Tu se formiraju poruke, vrši se konverzija među serijskim protokolima, implementira se adresiranje i vrši se kontrola snage. Sklopovi se nalaze unutar uređaja koji su permanentno povezani na mrežni napon.

Unutar standarda definirane su 3 klase uporabe: jednostavni, normalni i složeni. Druga dva još posjeduju dodatni interface između fizičkog i podatkovnog sloja. Složeni dodatno zahtijeva i mikroprocesor. Mikrokontroler distribuira energiju za do 30 podmreža od kojih svaka može imati do 30 priključnih mjesta. Dodatno, on implementira sve protokole, izvodi programe, održava baze podataka i koordinira sve funkcije.

Električni podsustav distribuira napon 120-240 V kroz objekt, osigurava osiguranje od prenapona i uzemljenje. U Smart House, zidni prekidači nisu spojeni na mrežni AC napon već na 12V DC napon. Sustav detektira aktivaciju prekidača i tada uključuje AC napajanje prema trženoj utičnici, rasvjeti i dr. Utičnice mogu detektirati da li je teret spojen i mogu čekati spajanje prije uključenja napajanja.

Kontrolno komunikacijski podsustav koristi par 9600bps RS232D asinkronih serijskih kanala. Jedan od ova dva kanala služi kao veza s telekomunikacijskim podsustavom. Drugi omogućava tehničarima vezu sa sustavom.

Smart House definira nekoliko tipova kabela. Većina poruka između senzora, utičnica i dr. putuje kablovima s 6 parica. Telekomunikacijski sustav koristi 4 upredene parice. Ovaj podsustav može akomodirati analognu i digitalnu telefoniju, modeme, dual-tone multifrekventne dekodere i voice naprave. U sprezi s kontrolno komunikacijskim podsustavom osigurava daljinsko upravlje putem telefonskog pristupa sigurnosnih i drugih funkcija.

Najveći nedostatak Smart House je njegova cijena. Ugradnja sustava za vrijeme izgradnje objekta može povećati troškove za $20,000. Da bi ublažili ovaj problem, proizvođači su uveli Smart.Redi program. Kroz ovaj program ugrađuju se samo pojedini dijelovi sustava. Kasnije je omogućena jednostavna nadogradnja sustava u njegov puni obim.

CEBus

Kako je CEBus peer-to-peer mreža, ne zahtijeva mikrokontroler kao što je sličaj kod Smart House. Nudi širok izbor sporih prijenosnih medija: električnu mrežu (PLC), upredene parice, bežični RF, i IR. Brzi signali putuju upredenim paricama, koaksijalnim kablovima i optičkim vlaknima. (ovaj dio standarda je tek u pripremi).

PLC tehnologija koristi posebnu tehniku razdvajanja spektra signala poznatu kao Intellon. Spektar pokriva pojas 100-450kHz. Prioritet Intellon sustava nije visoka sigurnost, već velika brzina pa je implementiran CSMA/CD način rada za kontrolu priključnih točaka. Trenutna generacija ima poteškoća s ulaskom u zasićenje na prijemnoj strani zbog visokuh amplituda izvora šuma. Predviđa se skoro uvođenje nove generacije koja rješava ovaj problem.

CEBus predstavlja više od komunikacije kroz linije mrežnog napajanja. U potpunosti je definiran OSI referentni model kroz 7 razina. Definirani su okviri i paketi šti pokazuje potpunost i fleksibilnost standarda. Normalan okvir (frame) sastoji se od preambule, kontrolnog bajta, odredišne adrese, oderdišnog koda, adrese izvora, koda izvora, do 32 bajta informacija i kontrolne sekvence (FCS). Adrese i kodovi imaju do 16 bita. Potvrdni okviri sadrže PRE, kontrolni znak i FCD sekciju. Obično ne sadrže nikakve informacije i dugi su samo 2 bajta.

LONworks

Echelonov LONworks je najnoviji home automation sustav. Bez obzira na to, sustav je kompletan. Završen je temeljit posao definiranja i dokumentiranja protokola kako bi se mogle razvijati i dodatne aplikacije od treće strane. Echelon je također sklopio partnerstvo s preko 700 tvrtki koje razvijaju dodatni hardware i ostalu podršku. Ovo je jedan od glavnih razloga tržišnog uspjeha. Ciljano tržište nisu samo kućanstav već i industrijska automatizacija.

Poput CEBusa napravljen je kao peer-to-peer mreža i ne zahtijeva mikrokontroler. Nudi se širok spektar prijenosnih medija i brzina prijenosa. Brzine variraju od 100 bps do 1,25Mbps. Kao medij koriste se upredene parice, 49 i 450MHz RF, IR i AC mreža. Opcionalno se koristi i RS485. Mycrosim nudi i 1,25Mbps optičko vlakno.

Srce svakog LONworks kompatibilnog sustava čini Echelon Neuron IC. Ovi čipovi, 3120 i 3150 implementiraju nove LONworks slojeve. Na taj se način znatno pojednostavljuje razvoj novih aplikacija jer se ne treba brinuti o network interface.u.